Xilinx平台Aurora IP介绍(二)时钟与复位

前言

为什么每次都将时钟和复位单独拿出来讲?

对于我们使用Xilinx或其他的成熟IP而言，IP相当于一个黑匣子，内部实现的逻辑功能我们知道，但是控制不了，只能默认OK;一般而言，成熟IP都是经过反复验证和使用，确实没有什么问题。所以，IP能不能用，首先要做的就是确保时钟和复位。

如果初始化不成功，我们也只能从这两个方面入手检查。

一、Aurora核的时钟

打开Aurora配置界面，我们可以看到有三个时钟：

参考时钟、init clock、DRP CLOCK，如下图所示：

对应到代码：

input INIT_CLK_P;

input INIT_CLK_N;

input DRP_CLK_IN;

input GTXQ0_P;

input GTXQ0_N;

1. GT Refclk ： 上一篇我们介绍过，Aurora其实是基于GT作为物理层实现的，这个参考时钟就是GT的参考时钟，可以翻笔者之前介绍GTX时钟博文详细了解。由外部一对差分输入时钟而来，具体根据硬件而定。默认值：125Mhz。

2. INIT CLK ：初始化时钟，之所以要INIT CLK，是因为在GT复位时，user_clk是停止工作的;Xilinx推荐的配置是INIT CLK时钟频率要低于GT参考时钟。另外，笔者在查看example design的时候，发现GT复位是工作在INIT CLK。默认值：50Mhz。

3. DRP CLK ： DRP时钟，动态重配置，感觉没怎么用到，默认值：50Mhz。对于UltraScale器件而言，DRP CLK与INIT CLK相连接。

我们再打开example design，看看这几个时钟跟Aurora核是怎么连接的：

注意到没，差分时钟转为单端时钟，这里用了两个原语：IBUFDS_GTE2是GT专用;IBUFDS则是一般情况使用。

那么，用户逻辑时钟又是多少呢?继续上图：

user_clk, 即是用户逻辑时钟，我们设计的用户接口信号(AXI4-S接口)就是工作在该时钟域。

而tx_out_clk，其实就是GTX里所讲的gt_txoutclk。

这里一顿分析，只为了我们更好的了解Aurora核。如果只是使用，我们只需要按照IP配置界面选定的时钟频率给过去就好。

需要注意的是，参考时钟必须由专用GT差分输入时钟得到，而INIT_CLK和DRP_CLK可以由PLL输出。

二、复位设计

先来看下《PG046》文档对复位的描述：

复位信号是用来将 Aurora 8B/10B core置为一个已知的开始状态。在复位时，核停止当前所有操作然后重新初始化一个新的channel。

channel：两个Aurora所建立的链路，可以有多条lane，每条lane对应一个高速收发器GT，统称为channel。

在全双工模式下，复位信号对channel的TX和RX都进行复位。

在单工模式下，tx_system_reset复位TX链路，rx_system_reset复位RX链路。

而gt_reset则是复位高速收发器GT，最终也会复位Aurora核。(这说明GT复位更加底层，只要GT复位，就会对核进行复位，后面代码也会证实这一点)

再来看两个case：

CASE 1：全双工配置下的系统复位

在全双工配置模式下，复位信号应至少保持6个时钟周期(user_clk)。channel_up在3个时钟周期(user_clk)后拉低，如下图所示：

CASE2：全双工配置下的GT复位

在全双工配置模式下，GT复位信号应至少保持6个时钟周期(init_clk)。复位的结果user_clk会在几个时钟周期后停止，因为没有了来自GT的txoutclk。随后，channel_up也会跟着拉低。跟前文讲述一致。如下图所示：

其他的就不再展开了，感兴趣的可以详细查阅《PG046》。

我们再从代码的角度来看看复位：

Aurora复位信号有两个，一个是系统复位RESET，一个是GT复位GT_RESET;复位逻辑就如同前文描述，具体到代码，感兴趣的可以查阅示例工程的reset_logic.v;这里直接给出结论：

1. GT复位更加底层，优先级要高于系统复位RESET;也就是说，若GT复位，那么系统复位也拉高;《PG046》对复位的描述也是如此。

2. 当GT复位没有拉高时，根据输入的系统复位RESET，使用移位寄存器对其打拍，输出复位。

3. GT复位同步于INIT_CLK，所以先将其同步到user_clk时钟域，再对Aurora进行复位。

最后，Xilinx大佬操作来了!

①channel_up ： 只要channel_up信号为高，那么说明核初始化完成，且建立了channel，在channel_up拉高之前，lane_up会拉高。我们逻辑设计可以直接使用该信号，在初始化完成之后，再进行逻辑操作。

②debug流程：具体查看P.105

后记

现在FPGA都集成了高速收发器硬核，各种协议的高速接口都是基于GT物理层来实现的。所以，在学习这些高速接口IP之前，最好先熟悉GT。后面就会发现很多东西都是通的。

审核编辑：汤梓红